CN104183817A - 电化学器件用电极、电化学器件及电化学器件用电极的制造方法 - Google Patents

电化学器件用电极、电化学器件及电化学器件用电极的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够缓和电极层的角部的电流集中的电化学器件用电极、电化学器件和电化学器件用电极的制造方法。本发明的电化学器件用电极具备集电体和电极层。集电体具有主面和侧面。电极层含有活性物质，形成在主面上，并具有从侧面檐状地突出的檐部。

Description

电化学器件用电极、电化学器件及电化学器件用电极的制造方法
技术领域
本发明涉及一种含有活性物质的电化学器件用电极、电化学器件及电化学器件用电极的制造方法。
背景技术
双电层电容器(electric double layer capacitor)是正极和负极隔着隔膜相对，并与电解液一起被封装而构成。若在正极与负极之间施加电压，则在正极和负极中形成双电层，蓄积电荷。电极(正极和负极)一般是在金属箔等集电体上层叠含有活性炭等活性物质的电极层而形成的，活性物质常用表面积较大的活性炭。
双电层电容器已开发出各种构造。例如专利文献1记载的电容器，对集电体实施压纹(模压)加工或波纹加工，改善了集电体和电极的接合性。另外，专利文献2记载的双电层电容器，通过与电极表面的凹凸形状挤压紧贴，集电体形成为凹凸形状，改善了集电体和电极的接合性。
现有技术文献
专利文献1：(日本)特开2000－36306号公报
专利文献2：(日本)特开2003－188050号公报
在此，在双电层电容器中，存在由于电极层的角部的电流集中而引起的电极劣化、即器件的可靠性降低的问题。由于专利文献1中记载的对集电体的加工以产生锚定效果的方式形成，因此，在集电体侧面未形成，而在电极角部产生电流集中。另外，专利文献2中记载的凹凸形状在电极未接触到的集电体侧面没有形成，而在电极角部产生电流集中。
鉴于如上所述的情况，本发明的目的在于，提供能够缓和电极层的角部的电流集中的电化学器件用电极、电化学器件及电化学器件用电极的制造方法。
发明内容
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件用电极包括集电体和电极层。
上述集电体具有主面和侧面。
上述电极层含有活性物质，形成在上述主面上，具有从上述侧面檐状地突出的檐部。
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件用电极包括集电体和电极层。
上述集电体包括主面和侧面，上述侧面为上述主面侧突出的凹凸状的侧面。
上述电极层含有活性物质，形成在上述主面上。
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件包括第一电极、第二电极和隔膜。
上述第一电极具有第一集电体和第一电极层，上述第一集电体包括第一主面和第一侧面，上述第一电极层含有活性物质，形成在上述第一主面上，并包括从上述第一侧面檐状地突出的檐部。
上述第二电极具有第二集电体和第二电极层，上述第二集电体包括第二主面和第二侧面，上述第二电极层含有活性物质，形成在上述第二主面上，并包括从上述第二侧面檐状地突出的檐部。
上述隔膜配置在上述第一电极和上述第二电极之间，用于防止上述第一电极层与上述第二电极层的接触。
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件具备第一电极、第二电极和隔膜。
上述第一电极具有第一集电体和第一电极层，上述第一集电体包括第一主面和第一侧面，上述第一侧面为上述第一主面侧突出的凹凸状的侧面，第一电极层含有活性物质，形成在上述第一主面上。
上述第二电极具有第二集电体和第二电极层，上述第二集电体包括第二主面和第二侧面，上述第二侧面为上述第二主面侧突出的凹凸状的侧面，第二电极层含有活性物质，形成在上述第二主面上。
上述隔膜配置在上述第一电极和上述第二电极之间，用于防止上述第一电极层与上述第二电极层的接触。
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件的制造方法，在具有主面和侧面的集电体的主面上形成含有活性物质的电极层。
从上述侧面檐状地突出的檐部通过对上述集电体和上述电极层进行扎制而形成于上述电极层。
为了实现上述目的，本发明一个方式的电化学器件的制造方法，在具有主面和侧面的集电体的主面上，形成含有活性物质的电极层。
上述侧面是通过对上述集电体和上述电极层进行扎制，形成为上述主面侧突出的凹凸状。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的电化学器件的立体剖面图。
图2是该电化学器件的剖面图。
图3是该电化学器件具备的正极的剖面图。
图4是该电化学器件具备的负极的剖面图。
图5是比较例的电化学器件(电极和隔膜)的示意图。
图6是表示本发明第一实施方式的电化学器件的电极的制作方法的示意图。
图7是本发明第二实施方式的电化学器件具备的正极的剖面图。
图8是该电化学器件具备的负极的剖面图。
符号说明
100、200：电化学器件
101、201：正极
102、202：负极
103：隔膜
104：正极端子
105：负极端子
106：膜封装
110、210：正极集电体
110a、210a：主面
110b、210b：侧面
111、211：正极电极层
111a：檐部
113、213：负极集电体
113a、213a：主面
113b、213b：侧面
114、214：负极电极层
114a：檐部
具体实施方式
本实施方式的电化学器件用电极包括集电体和电极层。
上述集电体包括主面和侧面。
上述电极层含有活性物质，形成在上述主面上，并具有从上述侧面檐状地突出的檐部。
根据该结构，通过在电极层形成檐部，在电极层的角部产生电荷的分散和集电电阻的增加。由此，由于该角部的电流集中得到缓和，因此，能够防止电极的劣化，提高了电化学器件的可靠性。
本实施方式的电化学器件用电极包括集电体和电极层。
上述集电体包括主面和侧面，上述侧面为上述主面侧突出的凹凸状的侧面。
上述电极层含有活性物质，形成在上述主面上。
根据该结构，集电体的侧面也可以形成为主面侧突出的凹凸状，在电极层的角部产生电荷的分散和集电电阻的增加。由此，由于该角部的电流集中得到缓和，能够防止电极的劣化，提高电化学器件的可靠性。
本发明实施方式的电化学器件包括第一电极、第二电极和隔膜。
上述第一电极具有第一集电体和第一电极层，上述第一集电体包括第一主面和第一侧面，上述第一电极层含有活性物质，形成在上述第一主面上，并包括从上述第一侧面檐状地突出的檐部。
上述第二电极具有第二集电体和第二电极层，上述第二集电体包括第二主面和第二侧面，上述第二电极层含有活性物质，形成在上述第二主面上，并包括从上述第二侧面檐状地突出的檐部。
上述隔膜配置在上述第一电极和上述第二电极之间，用于防止上述第一电极层与上述第二电极层的接触。
根据该结构，在第一电极和第二电极中，电极层的角部的电流集中得到缓和，能够提高电化学器件的可靠性。
为了实现上述目的，本发明的一个方式的电化学器件具备第一电极、第二电极和隔膜。
上述第一电极具有第一集电体和第一电极层，上述第一集电体包括第一主面和第一侧面，上述第一侧面为上述第一主面侧突出的凹凸状的侧面，第一电极层含有活性物质，形成在上述第一主面上。
上述第二电极具有第二集电体和第二电极层，上述第二集电体包括第二主面和第二侧面，上述第二侧面为上述第二主面侧突出的凹凸状的侧面，第二电极层含有活性物质，形成在上述第二主面上。
上述隔膜配置在上述第一电极和上述第二电极之间，用于防止上述第一电极层与上述第二电极层的接触。
根据该结构，在第一电极和第二电极中，电极层的角部的电流集中得到缓和，能够提高电化学器件的可靠性。
本实施方式的电化学器件的制造方法，在具有主面和侧面的集电体的主面上形成含有活性物质的电极层。
从上述侧面檐状地突出的檐部是通过对上述集电体和上述电极层进行扎制而形成于上述电极层。
根据该结构，能够在电极层形成从集电体的侧面檐状地突出的檐部。
本实施方式的电化学器件的制造方法，在具有主面和侧面的集电体的主面上形成含有活性物质的电极层。
上述侧面是通过对上述集电体和上述电极层进行扎制而形成为上述主面侧突出的凹凸状。
根据该结构，集电体的侧面能够形成为主面侧突出的凹凸状。
(第一实施方式)
对本技术的第一实施方式的电化学器件进行说明。
[电化学器件的构造]
图1是本实施方式的电化学器件100的立体剖面图，图2是电化学器件100的剖面图。
如这些图所示，电化学器件100包括：正极101、负极102、隔膜103、正极端子104、负极端子105及膜封装106。正极101和负极102隔着隔膜103相对，被收容在膜封装106内。正极端子104与正极101连接，负极端子105与负极102连接，分别从膜封装106引出。在膜封装106中封入有电解液。
在图1及图2中，正极101和负极102分别各设有一个，但也可以设置多个。在该情况下，多个正极101和负极102也可以采用隔着隔膜103层叠的构造。另外，电化学器件100也可以采用正极101、负极102和隔膜103的层叠体卷绕成辊状的构造。
正极101作为电化学器件100的正极发挥作用。图3是正极101的放大剖面图。如同图所示，正极101具备正极集电体110和正极电极层111。
正极集电体110可以是由金属等的导电性材料构成的箔，例如可以是铝箔。如图3所示，正极集电体110包括主面110a和侧面110b。主面110a是沿着与正极集电体110的厚度方向垂直的方向的面(正面背面)，侧面110b是沿着正极集电体110的厚度方向的面(端面)。
正极电极层111是含有活性物质的层，形成在正极集电体110的主面110a上。具体而言，正极电极层111可以采用由活性物质和粘合剂形成的构造，可以采用作为活性物质的活性炭与作为粘合剂的合成树脂混合的构造。另外，正极电极层111在隔膜103层叠于正极101的正背两面的情况下，不仅可以设置在主面110a上，而且也可以设置在其背面。
正极电极层111具有檐部111a。檐部111a为从正极集电体110的侧面110b呈檐状突出的部分，遍及正极电极层111的周缘而形成。檐部111a的从侧面110b突出的宽度只要是能够维持檐部111a的形状的宽度即可，没有特别限定，例如，可以为2μm～20μm左右，更优选为10μm左右。关于檐部111a的形成方法，在后文中叙述。
负极102作为电化学器件100的负极发挥作用。图4是负极102的放大剖面图。如该图所示，负极102具备负极集电体113和负极电极层114。
负极集电体113可以是由金属等的导电性材料形成的箔，例如可以为铝箔。如图4所示，负极集电体113具有主面113a和侧面113b。主面113a是沿着与负极集电体113的厚度方向垂直的方向的面(正面背面)，侧面113b是沿着负极集电体113的厚度方向的面(端面)。
负极电极层114是含有活性物质的层，形成在负极集电体113的主面113a上。具体而言，负极电极层114可以采用由活性物质和粘合剂构成的构造，可以采用作为活性物质的活性炭与作为粘合剂的合成树脂混合的构造。另外，在隔膜103层叠于负极102的正背两面的情况下，负极电极层114不仅可以设置于主面113a上，也可以设置在其背面。
负极电极层114具有檐部114a。檐部114a是从负极集电体113的侧面113b檐状地突出的部分，遍及负极电极层114的周缘而形成。檐部114a的从侧面113b突出的宽度只要是能够维持檐部111a的形状的宽度即可，没有特别限定，例如，可以为2μm～20μm左右，更优选为10μm左右。关于檐部114a的形成方法，在后文中叙述。
隔膜103配置在正极101和负极102之间，使电解液通过，并且防止正极电极层111和负极电极层114的接触。隔膜103可以是织布、无纺布、合成树脂微多孔膜等。
正极端子104与正极集电体110电连接，作为正极101的端子发挥作用。正极端子104可以是由导电性材料构成的箔或线材。
负极端子105与负极集电体113电连接，作为负极102的端子发挥作用。负极端子105可以是由导电性材料构成的箔或线材。
膜封装106将正极101、负极102、隔膜103和电解液收容并密封。膜封装106可以是绝缘性材料的片状材料，例如，可以是铝层叠材料(层压材料)。另外，也可以利用由合成树脂构成的壳体等代替膜封装106。
封入在膜封装106内的电解液没有特别限定，只要是包含阴离子和阳离子的电解液即可。例如可以利用SBP·BF4(5-氮鎓螺-[4.4]-壬烷四氟硼酸盐)/PC(碳酸丙烯酯)等。
电化学器件100具有如上所述的结构。在此，在正极电极层111设有檐部111a，在负极电极层114设有檐部114a，但也可以仅在正极电极层111和负极电极层114的任意一方设有檐部。但是，在正极电极层111和负极电极层114双方设置檐部的方式，由檐部产生的效果(后述)大，故而优选。
[电化学器件的工作及效果]
电化学器件100如下进行工作。正极端子104和负极端子105与外部的电源连接，当开始充电时，电解液中的阴离子向正极101移动，吸附在正极电极层111的活性物质表面形成双电层。同时，电解液中的阳离子向负极102移动，吸附在负极电极层114的活性物质表面形成双电层。由此，在正极101和负极102分别蓄积电荷。在放电时，正极101和负极102中，双电层被消除，并且从正极端子104和负极端子105取出电流。在电化学器件100中，重复如上所述的充放电循环。
在此，在电化学器件100中，能够缓和电极层的角部的电流集中。图5表示通常的电化学器件300(比较例)的电极和隔膜，图5(a)是电化学器件300的剖面图，图5(b)是电化学器件300的分解立体图。如这些图所示，电化学器件300包括正极301、负极302和隔膜303。正极301包括正极集电体310和正极电极层311，负极302包括负极集电体313和负极电极层314。
如图5(a)所示，在通常的电化学器件300中，在正极电极层311和负极电极层314，没有设置相当于电化学器件100中的檐部的结构。在这种电化学器件300中，充电时，在正极电极层311和负极电极层314的角部发生电流集中。图5(b)中用虚线表示发生电流集中的正极电极层311和负极电极层314的角部。
与此不同，在电化学器件100中，在正极电极层111形成有檐部111a，在负极电极层114形成有檐部114a，因此，在正极电极层111和负极电极层114的角部产生电荷的分散和集电电阻的增加。由此，该角部的电流集中得到缓和，因此，能够防止电极的劣化，提高了电化学器件的可靠性。
[电化学器件的制造方法]
对电化学器件100的制造方法进行说明。另外，电化学器件100的正极101和负极102可以利用具有相同结构的电极，因此，对该电极(以下设为电极150)的制作方法进行说明。
图6是表示电极150的制造方法的示意图。如图6(a)所示，准备铝箔等即集电体151。集电体151的厚度是任意的，例如，可以设为20μm。集电体151包括主面151a和侧面151b。
接着，在主面151a涂覆浆料。浆料可以是将活性炭等的活性物质和合成树脂等的粘合剂混合而成的物质。由此，如图6(b)所示，在主面151a上形成电极层152。电极层152的厚度是任意的，例如可以设为20μm。根据需要，将形成有电极层152的集电体151切割成规定尺寸。
接着，对集电体151和电极层152进行扎制。由此，如图6(c)所示，电极层152被伸长，形成檐部152a。如上操作而制作的电极150作为正极101和负极102与隔膜103层叠(参照图2)。此时，正极电极层111和负极电极层114以形成在隔膜103侧的方式被层叠。接着，通过超声波焊接等分别在正极101连接正极端子104、在负极102连接负极端子105。通过加热真空干燥等使该层叠体干燥，并将其收容在膜封装106内。向膜封装106内注入电解液，利用片材等进行密封。电化学器件100可以按照上述操作加以制造。
(第二实施方式)
对本技术的第二实施方式的电化学器件进行说明。
[电化学器件的构造]
本实施方式的电化学器件200相对于第一实施方式的电化学器件100仅正极和负极的构造不同，因此，对其它的结构标注与第一实施方式相同的符号，省略说明。
正极201作为电化学器件200的正极发挥作用。图7是正极201的放大剖面图。如该图所示，正极201包括正极集电体210和正极电极层211。
正极集电体210可以是由金属等的导电性材料构成的箔，例如可以为铝箔。如图7所示，正极集电体110包括主面210a和侧面210b。主面210a是沿着与正极集电体110的厚度方向垂直的方向的面(正面背面)，侧面210b是沿着正极集电体110的厚度方向的面(端面)。
侧面210b形成为主面210a侧突出的凹凸状，并支承正极电极层211。下面，将该侧面210b的突出部分作为支承部210c。支承部210c遍及正极集电体210的周缘形成。支承部210c的突出宽度例如可设为2μm～20μm左右，可以更优选设为10μm左右。关于支承部210c的形成方法，在后文中叙述。
正极电极层211是含有活性物质的层，形成在正极集电体210的主面210a上。具体而言，正极电极层211可以采用由活性物质和粘合剂构成的构造，可以采用作为活性物质的活性炭与作为粘合剂的合成树脂混合的构造。另外，正极电极层211在隔膜层叠于正极201的正面背面两面的情况下，上述正极电极层211不仅可以设置于主面210a，而且可以设置在其背面。
负极202作为电化学器件200的负极发挥作用。图8是负极202的放大剖面图。如该图所示，负极202包括负极集电体213和负极电极层214。
负极集电体213可以采用由金属等导电性材料构成的箔，例如可以为铝箔。如图8所示，负极集电体213包括主面213a和侧面213b。主面213a是沿着与负极集电体113的厚度方向垂直的方向的面(正面背面)，侧面213b是沿着负极集电体113的厚度方向的面(端面)。
侧面213b形成为主面213a侧突出的凹凸状，并支承负极电极层214。下面，将该侧面213b的突出部分作为支承部213c。支承部213c遍及负极集电体213的周缘形成。支承部213c的突出宽度例如可以为2μm～20μm左右，更优选设为10μm左右。关于支承部213c的形成方法，在后文中叙述。
负极电极层214是含有活性物质的层，在负极集电体213的主面213a上形成。具体而言，负极电极层214可以是由活性物质和粘合剂构成的构造，可以采用作为活性物质的活性炭与作为粘合剂的合成树脂混合的构造。另外，负极电极层214在隔膜层叠于负极202的正面背面两面的情况下，上述负极电极层214不仅可以设置于主面213a，而且可以设置在其背面。
电化学器件200具有如上所述的结构。在此，在正极集电体210设有支承部210c，在负极集电体213设有支承部213c，但也可以仅在正极集电体210和负极集电体213的任意一方设有支承部。但是，在正极集电体210和负极集电体213的双方设有支承部的方式，由支承部产生的效果更大，故而优选。
[电化学器件的工作和效果]
电化学器件200进行与第一实施方式的电化学器件100相同的充放电循环。在此，在电化学器件200中，在正极集电体210形成有支承部210c，在负极集电体213形成有支承部213c，因此，在正极电极层211和负极电极层214的角部产生电荷分散和集电电阻的增加。由此，该角部的电流集中得到缓和，因此，能够防止电极的劣化，提高器件的可靠性。
[电化学器件的制造方法]
电化学器件200能够通过与第一实施方式的电化学器件100相同的制造方法进行制造。根据对形成在集电体上的电极层进行扎制时的条件，集电体的侧面的一部分与电极层一起被延伸，形成支承部。
[实施例]
为了确认上述各实施方式中说明的电化学器件的效果，制作下面的电化学器件，进行实验。
将作为活性物质的活性炭、作为粘合剂的羧甲基纤维素及苯乙烯丁二烯橡胶混合而成的浆料涂覆在集电体(铝箔：厚度20μm)上而制作电极层(厚度20μm)，制成电极片。
比较例1：将上述电极片扎制至规定的厚度后，用模具按规定的尺寸冲压，得到电极。
实施例1：在用模具对上述电极片进行冲压后，进行扎制，获得在电极层具有檐部的规定尺寸的电极。
实施例2：在用模具对上述电极片进行冲压后，进行扎制，获得在集电体具有支承部的规定尺寸的电极。
将上述各比较例和实施例的电极作为正极和负极，隔着隔膜(纤维素类隔膜：厚度30μm)进行层叠。隔膜是用模具裁断为规定尺寸而形成的。通过超声波焊接分别在正极的集电体连接正极端子、在负极的集电体连接负极端子。将该层叠体在180℃下真空干燥36小时。
将上述层叠体收容在铝层叠密封件内并注入电解液，使用密封材料将密封部热熔接。电解液使用SBP·BF4/PC(1.0mol/L)。这样操作，制作约20mm×26mm的尺寸的电化学器件。
对于比较例1以及实施例1和2的电化学器件，实施10000次峰值电压为2.5V、最大电流为5A的循环试验，测定电池的容量和内部电阻。在容量测定中，利用充放电设备以100mA对各电化学器件进行CCCV(恒流恒压)充电10分钟至2.5V，以10mA进行放电。根据放电曲线的斜率算出容量。在内部电阻的测定中，通过阻抗测定仪测定1kHz时的阻抗。
在实施例1中，与比较例1相比，循环试验后的容量维持率提高5％，内部电阻的增加率抑制了8％。通过电极层角部的电荷分散和集电电阻的增加，电流集中降低，电化学器件的可靠性提高。
在实施例2中，与比较例1相比。循环试验后的容量维持率提高4％，内部电阻的增加率上升6％。与实施例1相比，虽然效果小，但电化学器件的可靠性提高。
如上所述，在本发明的电化学器件中，可以说通过在电极层设置檐部，或者在集电体设置支承部，能够缓和电极层角部的电流集中、防止电极的劣化，提高器件的可靠性。

Claims (6)

1.一种电化学器件用电极，其特征在于，包括：
具有主面和侧面的集电体；和
电极层，其包含活性物质，形成在所述主面上，并且包括从所述侧面檐状地突出的檐部。
2.一种电化学器件用电极，其特征在于，包括：
包括主面和侧面的集电体，所述侧面为所述主面侧突出的凹凸状的侧面；和
含有活性物质，且形成在所述主面上的电极层。
3.一种电化学器件，其特征在于，包括：
具有第一集电体和第一电极层的第一电极，所述第一集电体包括第一主面和第一侧面，所述第一电极层含有活性物质，形成在所述第一主面上，并包括从所述第一侧面檐状地突出的檐部；
具有第二集电体和第二电极层的第二电极，所述第二集电体包括第二主面和第二侧面，所述第二电极层含有活性物质，形成在所述第二主面上，并包括从所述第二侧面檐状地突出的檐部；和
隔膜，其配置在所述第一电极和所述第二电极之间，用于防止所述第一电极层与所述第二电极层的接触。
4.一种电化学器件，其特征在于，包括：
具有第一集电体和第一电极层的第一电极，所述第一集电体包括第一主面和第一侧面，所述第一侧面为所述第一主面侧突出的凹凸状的侧面，第一电极层含有活性物质，形成在所述第一主面上；
具有第二集电体和第二电极层的第二电极，所述第二集电体包括第二主面和第二侧面，所述第二侧面为所述第二主面侧突出的凹凸状的侧面，第二电极层含有活性物质，形成在所述第二主面上；和
隔膜，其配置在所述第一电极和所述第二电极之间，用于防止所述第一电极层与所述第二电极层的接触。
5.一种电化学器件用电极的制造方法，其特征在于：
在包括主面和侧面的集电体的主面上，形成含有活性物质的电极层，
通过对所述集电体和所述电极层进行扎制，在所述电极层形成从所述侧面檐状地突出的檐部。
6.一种电化学器件用电极的制造方法，其特征在于：
在包括主面和侧面的集电体的主面上，形成含有活性物质的电极层，
通过对所述集电体和所述电极层进行扎制，将所述侧面形成为所述主面侧突出的凹凸状。
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